Implementation and Evaluation of Quantum Key Distribution Devices at Telecom Wavelength
Mise en œuvre et évaluation de dispositifs de cryptographie quantique à longueur d'onde télécom
Résumé
Quantum Key Distribution (QKD) is defined as the distribution of a common secret key between two distant parties, the unconditional security of this distribution being ensured by the laws of quantum physics and information theory. We have designed a complete QKD demonstrator, based on a protocol in which information is encoded on continuous variables of light, namely the quadratures of the electromagnetic field. The system is entirely composed of standard components from the telecommunication industry, allowing Alice to generate the required coherent states of light and to modulate them, and Bob to measure these states using a pulsed, shot-noise limited homodyne detector. Moreover, we have developed a set of software which manages the entire key distribution process: on the one hand, the quantum transmission and the feed-back controls required for a correct stability; on the other hand, the extraction of secret keys from the data shared after the transmission. The system has been integrated in rack cases, so as to perform a true-scale demonstration within a QKD network, which was deployed on standard fibers installed in Vienna (Austria). During this demonstration, our system has operated continuously for 57 hours, with an average key rate of 8 kbit/s. Finally, we have explored various possibilities of improvement for the system, through a new QKD protocol and the use of optical amplifiers.
La cryptographie quantique permet la distribution d'une clé de cryptage partagée entre deux interlocuteurs distants, tout en assurant la sécurité inconditionnelle de cette distribution grâce aux lois de la physique quantique et de la théorie de l'information. Nous avons réalisé un démonstrateur complet de cryptographie quantique, fondé sur un protocole pour lequel l'information est codée sur des variables continues de la lumière, à savoir les quadratures du champ électromagnétique. Le système est exclusivement constitué de composants standard de l'industrie des télécommunications, qui permettent à Alice de générer les états cohérents de la lumière puis de les moduler, et à Bob de mesurer ces états grâce à une détection homodyne fonctionnant en régime impulsionnel et limitée par le bruit de photon. Nous avons par ailleurs développé un logiciel complet de gestion de la distribution de clé, qui assure d'une part le bon fonctionnement de la transmission quantique et les rétrocontrôles nécessaires pour la stabilité de celle-ci, et qui permet d'autre part l'extraction d'une clé secrète à partir des données partagées après la transmission quantique. Le système a été intégré dans des boîtiers rackables, afin d'effectuer une démonstration en vraie grandeur dans le cadre d'un réseau de cryptographie quantique, mis en place sur des fibres installées dans la ville de Vienne (Autriche). Lors de cette démonstration, notre système a fonctionné en continu pendant 57 heures, à un taux moyen de 8 kbit/s. Enfin, nous avons exploré différentes possibilités d'amélioration du système, à travers un nouveau protocole de cryptographie et l'utilisation d'amplificateurs optiques.
Domaines
Physique Atomique [physics.atom-ph]
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